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[参考译文] LM5148：LM5148 外部 FET 选择问题（热问题）

admin
Guru**** 2771165 points

Other Parts Discussed in Thread: LM5145, LM5148, CSD18563Q5A, LM61495, LM25139, LM25148

请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1611137/lm5148-lm5148-external-fet-selection-question-thermal-issue

器件型号： LM5148
主题中讨论的其他器件： CSD18563Q5A、 LM61495、LM5145、 LM25149、 LM25148

您好：
我对使用 LM5148 时的外部 MOSFET 封装选择有疑问。例如、假设一个输入为 24V、输出为 5V/10A 的非常小的 PCB（例如 5cm× 5cm）、我想考虑以下问题：由于 LM5148 使用外部 MOSFET、因此我知道可以使用 LFPAK 或 PowerPAK 等封装。 但是、这些 SMD 封装仅通过 PCB 散热、在如此小的 PCB 面积下、我担心热性能可能不足。因此、我考虑以下替代方法：不使用 SMD MOSFET、
我想使用 穿孔 MOSFET、例如 A 至‑220 封装‑ 、连接 散热器 、并向上散热、而不是通过 PCB。我想确认以下几点：

【问题】

1.是否可以使用‑Ω 孔 MOSFET（例如 A 至‑220 封装）作为 LM5148 的外部 MOSFET？

‑是否有任何电路等级或电气限制? 如果使用转‑220 MOSFET 、处理大约是可行的 5–70 W 是否仅使用外部散热器即可估算 MOSFET 功率耗散、即使 PCB 面积非常小？

3.我想知道 TI 是否对此类用例有任何建议或事先评估。 LM5148 高‑Ω 侧/低‑Ω 侧栅极驱动器能否可靠地驱动典型值为‑220 MOSFET 、哪种栅极电荷通常相对较大 (Qg)？ I

4.如果我的方法不推荐 、您能建议一种能够提供的替代解决方案吗 5V/10A 或更高（50W‑类） PCB 的最终输出是什么？
‑提供有关合适的控制器、功率级或模块类解决方案的任何指导、都不胜感激。

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    TI__Guru**** 2771165 points
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    您好：

    我建议使用 10A 电流的转换器（具有集成 FET）、尤其是在输入电压只有 24V 时。 输出电压为 5V/10A 时、效率应非常高、容易高于 93%、因此功率损耗是合理且易于管理的。

    请远离 TO-220 封装、因为 (a) 它们具有高寄生电感、对开关效率不高、以及 (b) 通常不适用于逻辑电平栅极驱动、这是 LM5148 的 5V 栅极驱动器所必需的。 请改用 5mm x 6mm 封装、与 LM5148 EVM 中使用的封装类似。 了解 TI CSD18563Q5A 60V NexFET MOSFETTM、该产品是一款适合此类应用的出色通用 FET。

    此致、

    Tim

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    TI__Guru**** 2771165 points
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    您好、Tim、

    感谢您的推荐。

    在本例中、我想使用具有集成式 FET 的转换器、因为 PCB 非常小（约 5cm× 5cm）、并且必须将 DC/DC 转换器和 MCU 托管在同一电路板上。

    我没有亲自测试 LM61495 EVM、但根据 EVM 文档、电路板尺寸约为 7cm× 10cm、这已经比我的设计大得多、甚至该电路板看起来运行得相当热。 在我自己的设计中、由于 PCB 面积要小得多、热条件将变得更具挑战性。

    当我在原型上测量效率（5x5cm PCB、4 层）时、我看到随着电路板温度的升高、效率会下降。 我观察到大约 4–5W 的损耗 (~10%)、当在负载下消耗大约 9.3A 的电流时、器件最终会在 168°C 附近达到热关断。

    我是误解了什么、还是由于热限制而导致这种预期行为？

    此外、即使使用 TI CSD18563Q5A 等分立式 FET 解决方案、热量仍需要通过 PCB 耗散。 因此、我的主要关注点是如此小 PCB 上的热性能。 ( 考虑到这些限制、您是否仍建议将 CSD18563Q5A 用于该应用？）

    鉴于这些限制、 您是否仍会推荐集成式‑Ω FET 转换器？ 如果是这样、您能推荐任何适合 24V 输入和 5V/10A 输出的 IC、特别是在较小的 PCB 面积上具有更好热性能的 IC 吗？

    此致、
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    TI__Guru**** 2771165 points
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    尊敬的 Hyungjune：我可以向您推荐我们的 30-59V 应用程序团队（主要是 36V 输入器件）、以获取他们的最佳推荐。 具体而言、我们有一个名为 Mistral 的器件系列、该系列应该非常有助于散热。  

    10A 版本的器件型号为 LM654A0。

    此致、

    Tim

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    TI__Guru**** 2771165 points
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    您好、Tim：
    为了澄清一下、我不需要提交新的查询、如果我等待、您会在此处提供回复、对吗？
    非常感谢

    此致、
    亨俊
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    TI__Guru**** 2771165 points
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    是的、该团队的其中一位成员将回答有关转换器的更多信息。

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    TI__Guru**** 2771165 points
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    谢谢你。 我将等待更新。
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    TI__Guru**** 2771165 points
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    给我们一两天时间来回复您。 谢谢、Hyungjune。

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    TI__Guru**** 2771165 points
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    你好 亨俊、  

    我很抱歉您的帖子延迟我看到您正在寻找 5cmx5cm 电路板尺寸上的 24Vin 和 5V/10A、这是正确的吗？ 您计划在此设计中使用散热器或气流吗？  

    此致、  

    Oscar Ambriz  

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    TI__Guru**** 2771165 points
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    您好、Oscar、

    是的、是这样。 我寻求在 5cm× 5cm 电路板尺寸内提供 5V/10A 输出、我不希望使用散热器或气流。 这就是为什么我最初询问了采用‑220 封装的 MOSFET：从顶部散热、而不是依赖 PCB。

    鉴于这些限制、您能否为 LM5148 推荐合适的 FET、或者为满足这些要求的集成式‑Ω FET 降压转换器？

    谢谢您、
    亨俊

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    TI__Guru**** 2771165 points
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    你好亨俊、  

    感谢您的确认、我将就 5cmx5cm 规格与我的团队交谈、希望就此采用 LM654A0 器件设计的可行性提供反馈。  

    此致、  

    Oscar Ambriz  

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    您好、Oscar、

    LM654A0 是否是您一方的新建议？ 根据我们之前的谈话、我的理解如下：

    1. 选项 1：LM5148 + A FET 来具有向上散热 （取决于 PCB‑Ω 更少）
      →在这种情况下、如果您能推荐合适的 FET 封装、将不胜感激。

    2. 选项 2：LM61495
      →我们已经确认、对于小型 PCB 而言、热性能不足以满足要求。

    3. 选项 3：LM654A0
      →我找不到有关此设备的任何信息。 您能否说明为什么要推荐此器件？

    考虑到较小的 PCB 尺寸（可能为 4 × 8cm、而不是 5 × 5cm）不仅包括 5V 8-10A 功率级、还包括 MCU、我们希望实现具有热可靠性的设计。

    此致、
    崔亨俊

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    您好：  

    是的、该器件是一款非常新的器件、我们计划在今年发布。 目前可提供样品、如有必要、只需与我们的内部团队协调即可。 以下链接提供了一些最高级别的信息。 可以通过在以下位置提交申请来申请了解更多信息。  

    我就 PCB 的尺寸与我们的团队进行了交谈、第一次计算估算反映了预计在 25°C 至 30°C 之间增加 25°C。 我不知道电路板上有额外的 MCU、我将由团队来决定。 应用的预期环境温度是多少、这可能会影响建议值。  

    https://www.ti.com/product/LM654B0-Q1?keyMatch=LM654B0-Q1&tisearch=universal_search&usecase=GPN

    此致、  

    Oscar Ambriz  

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    您好、Oscar

    如果可能、我更倾向于使用 LM5148、因为它具有成本优势和 MOSFET 选择灵活性。
    环境温度预计可高达 60°C 左右的最大值。
    如果可能、您能否建议结合使用 LM5148 和 MOSFET 来有效地通过顶层散热？

    此致、
    崔亨俊
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    你好 亨俊、  

    请允许我与 Tim 讨论有关 LM5148 的问题、希望在 24 小时内提供回复。  

    此致、  

    Oscar Ambriz  

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    谢谢！

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    Hyungjune,

    此处的 Vin-max 是多少？ 对于 24V、您可以使用 30V 或 40V FET。

    --

    Tim

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    您好、Tim：

    感谢您的反馈。 虽然标称输入为 24V、但我想将 Vin−max 设置​为 30V、以便为意外尖峰提供额外的安全裕度。

    此外、如果您还可以针对 60V 最大输入场景推荐 MOSFET、以防我们稍后需要扩展设计、我将不胜感激。

    以下是两种情况的特定要求：

    • 条件 1 (Vin−最大​ 30V)：5V/9A 连续输出、5x5cm PCB 封装、MCU 运行频率高达 105°C。

    • 条件 2 (Vin−最大​ 60V)：5V/9A 连续输出、5x5cm PCB 封装、MCU 工作电压高达 105°C。

    由于输出电流相当高（连续 9A）并且 PCB 尺寸相对较小 (5x5cm)、因此热管理是我的关键问题。

    期待您的建议。

    此致、亨俊

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    试用 CSD18563Q5A NexFET — 它是一款不错的通用 FET。 我在 LM5145 应用示例中都提到了它。

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    TI__Guru**** 2771165 points
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    您好、TIM、
    谢谢你。 我还有几个问题。
    由于 FET 采用 VSONP (DQJ) 封装、在该封装中主要通过 PCB 散热、因此您是否认为该封装应该在我的例子中提供足够的热性能？

    ‑、在进一步研究替代方案后、似乎如果工作电压最大值约为 30V、那么与 LM5148 相比、LM25139 可能是一个更好且更具成本效益的选择。
    在这种情况下、是否可以将您建议的 FET 与 LM25139 一同使用？

    此致、
    亨俊

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    TI__Guru**** 2771165 points
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    Hi Hyungjune,

    看看 LM25148、它是 LM5148 的 42V 输入版本。 LM25139 也是一种选择。

    对于 5mm x 6mm FET、没问题、因为电流只有 9A。 您可以对高侧 FET 的漏极使用额外的覆铜、这有助于散热。 电感器为低侧 FET 提供一定的散热。 如果 Vin-max 为 30V、您还可以考虑 40V FET 以获得稍高的效率。 您可以使用我们的 NexFET 选择器工具来选择器件：

    webench.ti.com/.../FETs_Selection wizard/FETPBWizard.jsp  

    --

    Tim